含有窝气的虹吸整流输水管道水力损失计算与试验研究

发布时间：2021-04-15 05:02

　　为了研究输水管道窝气对管路水力损失的影响,对1套包含小坡度长下坡段的管路系统分别在自然重力进流、低虹吸进流、高虹吸进流（虹吸进口装有整流装置）条件下进行管道满流与带气试验测量.创新建立窝气阻力系数β定量表示窝气阻力造成的水力损失增加,提出了整个管路窝气阻力系数的计算公式.基于试验数据分析了不同进流方式在带气与不带气条件下的管路阻力特性,并验证了窝气形成气阻机理的存在.研究结果表明:输水管道窝气会减小管道有效过流面积,造成管路水力损失显著增加,且管道的高低起伏越多,管路中弯头、变径管件数量越多,管道窝气阻力系数β越大;虹吸式进流在整流装置的作用下,较自然重力式进流会降低管道摩擦系数,并且高虹吸下的水力摩擦系数最小;通过合理设计,虹吸整流装置的多孔结构可以根据管道流量的大小不断自动调节其自身的阻力和开度,有效控制管道入口进气. 

【文章来源】：排灌机械工程学报. 2020,38(11)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

窝气形成的非满流状态

为探究虹吸进流及其整流装置对管路水力性能的影响，搭建了1套包含小坡度长下坡段管路和整流装置的虹吸试验台，整个管路系统均采用全透明的有机玻璃管制作．试验台管路分自然重力进流、低虹吸进流(位于1楼高度约1.0 m)、高虹吸进流(位于3楼高度约8.3 m) 3种进流方式，管路布置如图2所示．从高位水箱端部侧壁布置一口径为DN50的出水口，管线从出水口出来经过阀门在长约2 m的水平管道上布置了阀门以及与2个不同高度的虹吸管道连接的三通及测量流量的文丘里流量计和压力测量段，压力传感器布置在测量段的下方，其上方布置了DN15的进气/排气阀．从水平段出来，就是长20.3 m坡度为5°的长下坡段，试验员可以控制整个下坡段的气体量进行试验．在下坡底的水平段布置了压力测量段，测量段上除布置了压力传感器，还有推/拉力传感器．坡底水平段长约2.8 m，然后管道经90°弯头升至1.8 m高度，再经45°弯头水平行长约3.2 m再垂直下行1.3 m，然后又转水平行4.1 m后又上升至1.0 m高水平长4.0m，然后垂直向下进入水池，管口离地0.5 m，可以自由出流和淹没出流．自由出流管道出口的高度为0.6 m.虹吸管路中的整流装置由多个渐扩型射流管竖直阵列构成，再通过汇集段与出流管相连，主要通过渐扩管和汇集段对来流起到整流作用．整流装置的阻力情况取决于其内部阀门开启的数量以及单个阀门开启的程度．试验用的整流装置采用了N=19个孔的设计，如图3所示，工程中则是采用了N达到千万级的设计．

虹吸管路中的整流装置由多个渐扩型射流管竖直阵列构成，再通过汇集段与出流管相连，主要通过渐扩管和汇集段对来流起到整流作用．整流装置的阻力情况取决于其内部阀门开启的数量以及单个阀门开启的程度．试验用的整流装置采用了N=19个孔的设计，如图3所示，工程中则是采用了N达到千万级的设计．进行带气测试时，在管路满流的状态下先关闭坡顶和管道末端的主阀，然后打开坡顶的进气阀，再打开管线低处的排水阀，等空气进入整个长下坡管道之后关闭排水阀和坡顶进气阀．调整上水水箱的水位为3.5 m左右，然后打开坡顶主阀和管道末端阀门，进行测试采集数据．在带气试验中根据流量变化的情况采集数据，当流量比较稳定时根据水位的变化，基本保持水位每下降5 cm采集1组数据．

【参考文献】：
期刊论文
[1]虹吸管道水气两相流动过流能力的试验分析[J]. 张小莹,李琳,王梦婷,谭义海.  水资源与水工程学报. 2015(06)
[2]空气阀型式对压力管道水锤防护的影响[J]. 李小周,朱满林,陶灿.  排灌机械工程学报. 2015(07)
[3]设有复式空气阀的管道充、放水过程[J]. 郑源,薛超,周大庆.  排灌机械工程学报. 2012(01)
[4]虹吸式出水流道内流数值计算与水力设计优化[J]. 朱红耕.  山东理工大学学报(自然科学版). 2006(01)



本文编号：3138721